Структурированные носители данных

Метод продольной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от направления намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у дисков на 2009 год — 400 Гбит/дюйм² (62 Гбит/см²).^[26]

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На 2009 год были доступны только экспериментальные образцы, плотность записи которых составляла 150 Гбит/см².^[27] Специалисты Hitachi называет предел для этой технологии в 2,3−3,1 Тбит/см², представители Seagate Technology — 7,75 Тбит/см².^[28]

Структурированные носители данных

Структурированный (паттернированный) носитель данных (англ. Bit patterned media), — перспективная технология хранения данных на магнитном носителе, использующая для записи данных массив одинаковых магнитных ячеек, каждая из которых соответствует одному биту информации, в отличие от современных технологий магнитной записи, в которых бит информации записывается на нескольких магнитных доменах.

15 вопросНазначение КЭШ-паяти

Несмотря на все технологии и уловки разработчиков, производительность процессора все-таки напрямую зависит от скорости выборки команд и данных из памяти. И даже, если процессор имеет сбалансированный и продуманный конвейер, использует технологию Hyper-Threading и так далее, но не обеспечивает должную скорость выборки данных и команд из памяти, то, в результате, общая производительность ЭВМ не оправдает ваших ожиданий.

Поэтому один из важнейших параметров устройства процессора – это КЭШ-память, призванная сократить время выборки команд и данных из основной оперативной памяти и выполняющая роль промежуточного буфера с быстрым доступом между процессором и основной оперативной памятью.

Принцип работы

Процессор считывает из основной оперативной памяти данные и заносит их в КЭШ-память всех уровней, замещая данные, к которым давно и наиболее редко обращались.

В следующий раз, когда процессору понадобятся эти же данные, они будут считаны уже не из основной оперативной памяти, а из КЭШ-памяти первого уровня, что значительно быстрее. Если к этим данным процессор долго не будет обращаться, то они будут постепенно вытеснены из всех уровней КЭШ-памяти, вначале из первого, так как он самый маленький по объему, затем из второго и так далее. Но, даже если эти данные останутся только в третьем уровне КЭШ-памяти, все равно обращение к ним будет быстрее, чем к основной памяти.

Хорев

1 вопросЦифровые микросхемы и типовые функциональные узлы. Общая характеристика цифровых микросхем. Группы серии ИС. Временные диаграммы напряжений на входе и выходе логического элемента. Потребляемая микросхемой от источника питания мощность. Динамическая помехоустойчивость. Быстродействие.

Современные цифровые микросхемы характеризуются широким диапазоном выполняемых функций и большим разнообразием вариантов конструктивно-технологического исполнения.

Цифровые ИС, как и аналоговые, выпускаются сериями. Микросхемы одной серии имеют одинаковые напряжения питания, электрические и эксплуатационные характеристики и при совместном применении не нуждаются в дополнительных согласующих элементах. Принадлежность ИС к той или иной серии указывают в ее условном обозначении. Среди большого числа серий цифровых ИС можно выделить следующие группы: серии функционально полного состава, серии, специализированные по функциональному назначению, микропроцессорные комплекты больших интегральных схем..

Цифровую микросхему как функциональный узел характеризуют системой сигналов, которые целесообразно разделить на информационные (X₁...X_m— входные, Y₁...Y_n—выходные) и управляющие (V₁...V_k). Каждая ИС в соответствии со своим функциональным назначением выполняет определенные операции над входными сигналами (переменными), так что выходные сигналы (переменные) представляют собой результат этих операций:

Y_j = F(X₁, ...., Х_m).

Динамические параметры характеризуют свойства ИС в режиме переключения. К ним относятся (рис. 1.1): время задержки распространения сигнала при включении t^0,1_зд.р и выключении t^1,0_зд.р, среднее время задержки распространения сигнала через ИС от ее входа к выходу t_зд.р.ср (определяется как полусумма задержек при включении и выключении); динамическая помехоустойчивость, динамическая потребляемая мощность.

Рис. 1.1. Временные диаграммы напряжений на входе и выходе логического элемента

Потребляемая микросхемой от источника питания мощность в режиме переключения обычно значительно выше, чем в статическом режиме. Для некоторых типов ИС это превышение может достигать двух-трех порядков. Это объясняется наличием в микросхемах емкостных элементов, работой биполярных транзисторов с насыщением и другими причинами. Указанное обстоятельство следует учитывать при расчете энергоемкости источников питания микроэлектронных устройств.

Динамическая помехоустойчивость количественно определяется амплитудой кратковременного импульса помехи на входе ИС, при которой уровень сигнала на выходе не выходит за установленные пределы. Причиной возникновения импульсов помех могут быть емкостные и индуктивные связи в межсоединениях, источники мощных энергетических излучений (реле, тиристоров и др.), броски тока и напряжения в цепях питания. Имеется тесная связь между временными параметрами и динамической помехоустойчивостью: чем меньше средняя задержка, т. е. чем выше быстродействие ИС, тем ниже ее динамическая помехоустойчивость. Об этом следует помнить при выборе ИС: неоправданное завышение требований к быстродействию ИС неминуемо приводит к снижению надежности функционирования микроэлектронных устройств из-за сбоев под воздействием импульсов помех.

Наиболее важным показателем, определяющим многие свойства и область применения ИС, является быстродействие. Если оценить этот показатель частотой переключения, то достигнутый уровень определяется 2000 МГц. С быстродействием непосредственно связан другой важный показатель — потребляемая мощность: чем выше скорость переключения, тем большая мощность потребляется ИС от источника питания. В свою очередь, мощность потребления определяет уровень рассеиваемой мощности, а через этот показатель — допустимую плотность размещения элементов (транзисторов) в полупроводниковом кристалле, т. е. уровень интеграции: чем выше уровень потребляемой мощности, тем ниже уровень интеграции. Поэтому практически целесообразно иметь серии ИС с различным быстродействием и энергопотреблением.

8 вопросЦифроаналоговые преобразователи ЦАП. Применение ЦАП.

В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока (рис. 12.1), имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.

Рис. 12.1. Микросхема ЦАП.

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение U_on (другое распространенное обозначение — U_ref). Выходным сигналом является напряжение U_вых (другое обозначение — U_o) или ток I_вых (другое обозначение — I_о). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Кроме информационных сигналов микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода. Обычно цифровые входы ЦАП обеспечивают совместимость со стандартными выходами микросхем ТТЛ.

В случае, когда ЦАП имеет токовый выход, его выходной ток обычно преобразуется в выходное напряжение с помощью внешнего операционного усилителя и встроенного в ЦАП резистора Roc, один из выводов которого выведен на внешний вывод микросхемы (рис. 12.2). Поэтому, если не оговорено иное мы будем в дальнейшем считать, что выходной сигнал ЦАП —напряжение U_O.

Рис. 12.2. Преобразование выходного тока ЦАП в выходное напряжение.

Суть преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый сигнал довольно проста. Она состоит в суммировании нескольких токов (по числу разрядов входного кода), каждый последующий из которых вдвое больше предыдущего. Для получения этих токов используются или транзисторные источники тока или резистивные матрицы, коммутируемые транзисторными ключами.

Микросхемы ЦАП, имеющиеся на рынке, различаются количеством разрядов (от 8 до 24), величиной задержки преобразования (от единиц наносекунд до единиц микросекунд), допустимой величиной опорного напряжения (обычно — единицы вольт), величинами погрешностей преобразования и другими параметрами. Различаются они также технологией изготовления и особенностями внутренней структуры, что нередко накладывает ограничения на их использование. Поэтому выбирать микросхему ЦАП для конкретного применения необходимо с использованием подробной справочной информации, предоставляемой фирмами-изготовителями. Мы же будем говорить только об общих принципах включения ЦАП в цифровые схемы без учета их частных особенностей.

Основное применение микросхем ЦАП состоит в получении аналогового сигнала из последовательности цифровых кодов (рис. 12.5). Как правило, коды подаются на входы ЦАП через параллельный регистр, что позволяет обеспечить одновременность изменения всех разрядов входного кода ЦАП. При неодновременном изменении разрядов входного кода на выходе ЦАП появляются большие короткие импульсы напряжения, уровни которых не соответствуют ни одному из кодов.

Рис. 12.5. Преобразование последовательности кодов в выходное напряжение.

Преобразование цифровых кодов в аналоговый сигнал — это не единственное применение микросхем ЦАП. Они могут также использоваться для управляемой обработки аналоговых сигналов, например для усиления и ослабления аналоговых сигналов в заданное число раз. Для этого лучше всего подходят умножающие ЦАП, которые допускают изменение уровня опорного напряжения в широких пределах, в том числе и с изменением его знака. Таких микросхем ЦАП выпускается сейчас достаточно много с разным быстродействием и с разным количеством разрядов входного кода.

Поиск по сайту: